兩種蒸發技術處理高鹽有機農藥廢水的比較研究

莊 嚴，王欲曉，張 帆，王學凱，陸正祥

(1.江蘇藍豐生物化工股份有限公司 環保部，江蘇 徐州 221400； 2.徐州工程學院 化學化工學院，江蘇 徐州 221111)

農藥廢水是一種難治理的高鹽度有機廢水[1]，其廢水中鹽度和COD高達幾萬甚至幾十萬mg/L以上[2-3]。高鹽有機廢水處理主要分為非生物法和生物法，其中前者應用廣泛，主要包括蒸發、膜分離等技術。膜分離使用條件苛刻、投資和運行成本高，當前蒸發技術使用普遍，其過程是指在加熱過程中，溶液中部分溶劑汽化，得到含有不揮發性溶質的剩余濃縮溶液的過程，其特點是能將無機鹽與水分分離得比較徹底，缺點有能耗大、運行成本高、易結垢堵塞等，所以必須考慮高效節能等問題[4-5]，而多效蒸發(MED)和機械蒸汽再壓縮蒸發(MVR)是推薦的高效節能技術。 MED是將多個蒸發器串聯起來，用前一個蒸發器的二次蒸汽作為下一個蒸發器的加熱蒸汽，下一個蒸發器的加熱室便是前一個蒸發器的冷凝器[6]。優點是多次利用二次蒸汽的汽化和冷凝，可以顯著減少新鮮蒸汽消耗量[7]。在化工生產、食品加工廠、醫藥生產、石油和天然氣采集加工等企業的高鹽度(含鹽量為3.5%～25%)高濃度(COD濃度為2 000mg/L～300 000mg/L)廢水處理廣泛應用[8]。理論上MED若第一效為沸點進料，忽略熱損失和溫差損失等因素，則生蒸汽消耗量與蒸發量的比單效、雙效、三效分別為為1、0.5、0.3。但應用中有損失，實際消耗蒸汽與蒸發效數之比為：單效1.10，雙效0.57，三效0.4，四效0.3，五效0.27[9]。MVR是料液經蒸發器蒸發產生二次蒸汽，經分離器分離，再經壓縮機壓縮，提高壓力、升高溫度、增加熱焓后作為加熱蒸汽循環使用[10]，優點是減少蒸發濃縮過程對外界能源需求[11-12]，主要消耗電能，節省了蒸汽和冷卻水的能源消耗。本研究的目的是比較MED和MVR處理農藥廢水的差異，重點分析鹽度和COD去除率和單位廢水能耗等指標，為高鹽有機廢水的工業化高效節能設備應用提供指導和借鑒作用。

1 實驗部分

1.1 廢水水質

農藥廢水來自某農藥生產廢水，鹽度分別為66000μs/cm、66800μs/cm、56000μs/cm、58000μs/cm和91210μs/cm，平均為68018μs/cm；COD分別為71668 mg/L、76564 mg/L、66264 mg/L、48480 mg/L、71856 mg/L，平均為66966 mg/L。

1.2 主要設備

MED為宜興市華琪環水設備有限公司制造的三效蒸發設備，含預熱器20m2、蒸發器(一效、二效、三效)3臺、結晶罐6m3、循環泵11KW、采鹽泵3KW、真空機組500m3/h、儀表等。MVR為江蘇樂科熱力科技有限公司制造，運行體積20m2，裝機400kw，含原料計量罐、進料泵、冷凝液預熱器、真空預熱器、蒸汽預熱器、排料泵、加熱器、循環泵、出料泵、壓縮機、稀油站、結晶器、冷凝液泵、冷凝液罐、噴淋泵、真空泵、真空冷卻器、噴淋冷卻器、離心機、旋液分離器、晶漿罐、變頻器。

1.3 實驗方法

新鮮蒸汽壓力為0.4～1MPa，蒸發實驗平行進行5次，測量進出水水質計算去除率，鹽度以電導率計算，有機物濃度以CODcr計算。能耗分析包括蒸汽、電等，折算為標煤。1kg飽和蒸汽(0.4～1MPa)折標煤0.145kgce，每kwh電折標煤0.404kgce。

2 結果和討論

2.1 水質指標

由圖1可知，MVR的鹽度去除率5次實驗分別為95.38%、94.76%、94.93%、91.53%和97.14%，平均為94.75%，與MED的鹽度去除率(5次實驗分別為97.27%、98.68%、94.93%、93.94%和98.68%)平均為97.24%相比，差異不顯著(P>0.05)。

圖1 MVR和MED的鹽度去除比較

圖2 MVR和MED的COD去除比較

由圖2可知，MVR的COD去除率5次實驗分別為89.32%、91.92%、90.01%、82.44%和83.59 %，平均為87.46%，顯著高于MED的COD去除率(5次實驗分別為97.69%、98.37%、89.50%、95.54 %和88.22%)平均為93.86%(P<0.05)。

2.2 單位能耗

圖3 MVR和MED的單位廢水能耗比較

由圖3可知MVR的單位廢水能耗約為16.58kgce/m3，MED的為60.02 kgce/m3，前者的單位廢水能耗只有后者的27.6%，即MVR比MED節約能源約72.3%。

2.3 討論

方健才[13]報道，按3t/h的處理量去處理氯化銨廢水時，每處理1t廢水MVR折消耗18.45kgce，而采用三效蒸發器折消耗65.25kgce，四效蒸發器折消耗47.25kgce。MVR相對于三效蒸發器可節省69.45%的標準煤，相對于四效蒸發器節省60.72%的標準煤。高麗麗[14]等在以15t/h氨基酸的蒸發濃縮工程實例為研究對象的實驗中，將MVR和多效蒸發的能源消耗對比發現：使用MVR處理1t廢水所消耗電等價熱量10.53kgce，而同樣使用三效蒸發處理時所耗蒸汽等價60.9kgce。相比于三效蒸發器而言，使用MVR蒸發可以節省85.7%的標準煤；葉正茂[15]等在處理55t/h含100g/L的氯離子的硫酸銨廢水時，在后端使用多效蒸發器和MVR比較其能耗，結果表示處理一噸水MVR消耗24.84kgce，三效和四效蒸發器分別消耗60.21kgce和49.71kgce，分別節省了58.74%和50%的標準煤。本研究結果表明，利用MVR蒸發技術處理高鹽度有機農藥廢水可以節約標煤超過70%。

3 結論

MED和MVR都可以有效去除農藥廢水中的鹽度和COD，其中MED和MVR對鹽度的去除率差異不顯著(P>0.05)；但是針對COD，三效蒸發的去除效果顯著高于MVR(P<0.05)。與MED相比，MVR蒸發技術處理高鹽度有機農藥廢水可以節約標煤超過70%。